U električnom polju, jedna od bitnih stvari za električne žice i kabele su izolacijski materijali i materijali za obloge.Dugi niz godina najistaknutiji izolacijski materijal za energetske kabele bio je papir impregniran uljem zbog svojih izvrsnih električnih svojstava.Također ima sposobnost izdržati visok stupanj toplinskog preopterećenja bez pretjeranog pogoršanja.Međutim, zbog svoje higroskopnosti, metalni omotač je korodiran vlagom.Stoga se dugo osjećala potreba za materijalom za izolaciju energetskih kabela, koji je imao kombinaciju nehigroskopske prirode termoplastičnih materijala.
Priprava umreženih polimera može se izvesti pomoću dvije različite metode.Jedna je kemijska metoda, a druga je ionizirajuća metoda.Iako je spoznaja o ovom učinku umrežavanja stara više od 150 godina, Charlesby je po prvi put uvjerljivo pokazao učinak umrežavanja ionizirajućeg zračenja.Metoda umrežavanja zračenjem je najproduktivnija za žice malih dimenzija i tankih stijenki, stoga su žice koje se koriste za električnu i elektroničku opremu proizvedene metodom umrežavanja zračenjem.Metoda je povoljna zbog niske potrošnje energije i zahtijeva mali prostor.Proces zračenja se lako kontrolira i ima potencijal za uštedu energije, kao i za kontrolu zagađenja.Specifične značajke umrežavanja zračenjem sažete su kako slijedi: (1) Brzina proizvodne linije može se kontrolirati.Moguće je brzo prekrivanje (ekstruzija) jer nema potrebe za sredstvom za umrežavanje.Upotrebom akceleratora velike snage i niske energije može se postići brzo stvrdnjavanje.(2) Jednolikost umrežavanja je izvrsna.Jednoliko umrežavanje može se izvesti odabirom odgovarajućeg stroja i usvajanjem optimalnog dizajna za dodavanje žice.(3) Mogu se pripremiti razne vrste polimera, ovisno o stupnju umrežavanja postupkom umrežavanja zračenjem.Štoviše, postupak stvrdnjavanja zračenjem je poželjniji od procesa stvrdnjavanja vodenom parom.U procesu stvrdnjavanja vodenom parom, voda koja prodire u polimerni sloj pod visokim pritiskom pare stvara niz 'mikrorupa', koje bi mogle izazvati kvar djelomičnog pražnjenja u obliku stabla kada je kabel u funkciji.Iako je fenomen vrlo kompliciran, stabla mogu rasti i uzrokovati smanjenje dielektrične čvrstoće kabela.Osim ovih, postupak stvrdnjavanja parom ima neke nedostatke sa stajališta potrošnje energije: (a) potreban je visok tlak pare da se postigne visoka temperatura;(b) učinkovitost toplinske vodljivosti izvana kabela je niska i (c) kabelski vodič troši veliku količinu energije, što rezultira nižom toplinskom učinkovitošću i duljim vremenom za reakciju umrežavanja.Stvrdnjavanje zračenjem je kandidat za suhe procese.Međutim, postoji problem u tome što nakupljanje elektrona zaustavljenih i/ili formiranih u izolacijskom sloju zračenjem također može izazvati djelomični slom u obliku stabla tijekom i nakon zračenja.Potpuno je drugačiji od 'bezvodnog procesa'.Budući da polimerni kabel sadrži visoku vlažnost i velike šupljine, postupak stvrdnjavanja je neophodan.Osim gore navedenih prednosti, poluvodički materijali mogu se lako uvesti u proces stvrdnjavanja zračenjem, što nije jednostavno u slučaju procesa stvrdnjavanja vodenom parom jer većina materijala ne može izdržati visoku temperaturu i pritisak.
Tehnika presađivanja zračenjem također daje vodljivost matrici.Ovo je jedinstvena metoda spajanja vodljive matrice na izolacijsku.Ova tehnika uključuje deaktivaciju polimera okosnice s odgovarajućim monomerom cijepljenjem i naknadnim taloženjem vodljivog polimera preko aktivne površine okosnice.Osim izolacijskog ponašanja, polimer se u ovom slučaju može ponašati i kao vodljiv.Iako još nije uspostavljen, može pokazati nekoliko potencijalnih primjena kao što su EMI zaštita, vodljivi premazi i antistatička sredstva.Bhattacharya i dr.pripremili su kompozite polimer–FEP-g-(AA)–PPY i polimer–FEP-g-(sty)–PPY.Najprije je polimer-FEP ozračen iz izvora Co-60, a film je zatim umočen u različite postotke monomera.PPy je zatim taložen preko cijepljene površine oksidativnom polimerizacijom pirola korištenjem željeznog klorida kao oksidansa.Površinski otpor je smanjen i iznosi 104–105 ohm/cm2.Površinski otpor ovisi o postotku cijepljenja monomera.Upotrebom ove tehnike može se povećati površinska vodljivost umjesto ukupne vodljivosti.Ponašanje fotoprovodljivosti filma također se može postići tehnikom cijepljenja.Celulozni acetat-g-(N-vinil karbazol) i celulozni acetat-g-(N-vinil karbazol–metil metacilat) primjeri su fotovodljivog filma.
U industriji električnih kabela uglavnom se koriste polietilen, polivinil klorid (PVC), EPDM gume.Polietilen se koristi zbog izvrsnih električnih svojstava i duljeg vijeka trajanja.Polietilen niske gustoće ima prednost u odnosu na polietilen visoke gustoće zbog nekoliko razloga. Razlozi su sljedeći: (a) veća fleksibilnost;(b) veću dielektričnu čvrstoću od polietilena visoke gustoće;(c) duži vijek trajanja od HDPE-a;(d) lakši za obradu od HDPE i (e) manji rizik od stvaranja šupljina u izolaciji LDPE, što uzrokuje ionizaciju.Unatoč svim takvim prednostima, LDPE ima svoja ograničenja kao materijal za izolaciju kabela.Budući da je termoplastični polimer, ima temperaturu omekšavanja na oko 105-115 ⬚C i ima tendenciju pojavljivanja pukotina zbog naprezanja kada je u kontaktu s određenim površinski aktivnim tvarima.Umrežavanje polietilenskih molekula poboljšava toplinska kao i fizikalna svojstva, dok njegova električna svojstva uglavnom ostaju nepromijenjena.Umreženi polietilen stoga više nije termoplastični polimer.Omekšava se na talištu kristalnog polietilena i poprima elastičnu konzistenciju sličnu gumi, što je svojstvo koje zadržava tijekom daljnjih porasta temperature, sve dok se ne karbonizira bez taljenja na 300°C.Sklonost pucanju od naprezanja u potpunosti nestaje i stječe se vrlo dobra otpornost na starenje na vrućem zraku.Kabeli od umreženog polietilena široko su poželjni zbog svojih izvrsnih električnih i fizičkih svojstava.Sposoban je nositi velike struje, podnosi savijanje malog radijusa i male je težine, što omogućuje jednostavnu i pouzdanu ugradnju, tj. bez ograničenja visine budući da se ne sastoji od ulja i stoga nema kvarova zbog migracije ulja u ulju terenski kabel.Također općenito ne zahtijeva metalni omotač. Dakle, nema kvarova svojstvenih kabelima s metalnim omotačem, korozije i zamora.Danas se umrežavanje zračenjem industrijski primjenjuje ne samo na polietilen nego i na druge polimere kao što su polivinil klorid, poliizobutilen itd. PVC je sam po sebi izuzetno nestabilan polimer.Počeo je dobivati komercijalni značaj tek nakon razvoja učinkovitih sredstava za stabilizaciju.Uz pomoć modificirajućih sredstava (stabilizatora, plastifikatora, punila i drugih aditiva), PVC se može napraviti tako da pokazuje širok spektar svojstava, u rasponu od iznimno krutih do vrlo fleksibilnih.Raznolikost njegove primjene i niska cijena zaslužni su za njegovu važnost na svjetskom tržištu.
Kako bi se povećala učinkovitost umrežavanja, polimeri se vrlo rijetko koriste u svom čistom obliku.Plastifikatori, antioksidansi, punila imaju svoju ulogu na svoj način da daju potrebna svojstva.Dodatak je bolji tijekom procesa umrežavanja.Plastifikatori se dodaju polimerima kako bi se smanjila lomljivost polimernog proizvoda.Oni utječu na umrežavanje kad god sudjeluju u stvaranju slobodnih radikala ili ulaze u reakcije razmnožavanja.Dibutil ftalat, tritolil fosfat i dialil fosfat uobičajeni su primjeri plastifikatora za PVC.Fleksibilnost i elastičnost, koja je vrlo važna kod električne izolacije, poboljšavaju se dodavanjem plastifikatora PVC-u.Zapravo u slučaju PVC-a, koji je polaran zbog neuravnotežene strukture, stvara jake međumolekularne veze, koje kruto spajaju makromolekularne lance, zajedno ga čine nefleksibilnim.Antioksidansi su još jedna skupina aditiva koji su neophodni za svaku umreženu smjesu dizajniranu u praktičnu svrhu usporedbe veće termooksidacijske stabilnosti u proizvodnji polimera.Obično utječu na poprečno povezivanje tako što hvataju radikale, koji mogu formirati poprečne veze.RC (4,4-tio-bis(6-tert-butil-3-metil fenol), MB (merkapto benzoimidazol) su primjeri antioksidansa koje koriste Ueno i dr. Osim plastifikatora i antioksidansa, potrebna su bojila, kao materijali za izolaciju žica koji se posebno koriste za uređaje. Bojila za plastiku uključuju razne anorganske i organske materijale. Dodaci bez boje nisu poželjni u ovom području. Punila se općenito dodaju kako bi se poboljšala njihova fizikalno-mehanička svojstva i mogućnost obrade. Pozitivan učinak punila može tijekom umrežavanja zračenjem. Utvrđeno je da je prinos radikala u polietilenu povećan za 50%, kada se doda mala količina (0,05%) aerosila. Pretpostavlja se da se veća proizvodnja radikala odvija u međufazi aerosil– polietilena, gdje makromolekule mogu biti u neravnotežnom stanju nekompenziranih sojeva.S većim udjelom punila može doći do prijenosa energije s punila na polimernu fazu i time pridonijeti većem prinosu slobodnih radikala.Štoviše, kombinacija zračenja s reaktivnom smjesom može utjecati na lokalizaciju poprečnih veza duž polimernih lanaca.
Ukratko, zračenje igra važnu ulogu u obradi polimera koji se koristi u električnom polju. 'Radijacijsko umrežavanje' je fenomen kojim se mogu poboljšati svojstva polimera.To je najnaprednija metoda poput 'vulkanizacije' koja ima neka ograničenja.Učinkovitost umrežavanja može se poboljšati izborom prikladnih monomera.U procesu umrežavanja zračenjem, plastifikatori, punila i dodaci usporivača gorenja vrlo su učinkoviti u procesu umrežavanja zračenjem.Metoda radijacijskog umrežavanja također je vrlo korisna u pripremi poluvodičkih materijala.Osim ovih, tehnika cijepljenja zračenjem također se može koristiti za pripremu vodljivog kompozitnog filma i filmova s fotovodljivim ponašanjem.
Vrijeme objave: 02. svibnja 2017